基于Multisim10电子数字钟的设计与仿真讲解

1、电子技术综合设计报告设计课题： 电子数字钟的设计与仿真专业班级： 电子信息工程 学生姓名： 指导教师： 设计时间：电子数字钟的设计与仿真设计者指导教师摘要 数字钟能经振荡器、计数器、译码和显示电路准确地将时间“时” “分”“秒”用数字 的方式显示出来， 并且需要校正电路使其准确工作， 还可以有定时和报时功能。 研究数字钟 及扩大其应用，有着非常现实的意义。本文在 Multisim 基础上设计的数字钟，是由数字集 成电路构成、用数码管显示。关键词 数字钟 振荡器 计数器 译码显示 仿真引言 数字钟是一种用数字电路技术实现时、 分、 秒计时的装置， 钟表的数字化给人们生产 生活带来了极大的方便，

2、而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。 诸如定时自动报警、 按时 自动打铃、时间程序自动控制、定时广播。而且与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显 示直观、 无机械传动、 无需人的经常调整等优点。 数字钟的设计涉及到模拟电子与数字电子 技术，其中绝大部分是数字部分、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间 的关系、编码器、译码器显示等基本原理。现在主要用各种芯片实现其功能，更加方便和准 确。 Multisim 8 作为一种高效的设计与仿真平台。其强大的虚拟仪器库和软件仿真功能， 为电路设计提供了先进的设计理念和方法。1 设计任务与要求1.1设计+5V稳压电源；1.2 用 LED 管显示

3、时、分、秒；1.3 具有校时功能；1.4 具有整点报时功能；1.5 具有闹钟功能；1.6 应用 Multisim 仿真软件对电路进行关键元器件参数的选择、主要功能特性 的仿真与电路特性分析。2方案设计与论证该设计主要由以下几部分组成 : 震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管、时间校准电路。 数字钟数字显示部分，采用译码与二极管串联电路，将译码器、七段数码管 连接起来，组成十进制数码显示电路， 即时钟显示。要完成显示需要 6 个数码管，八段的数码管需要译码器械才能显示，然后要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器，在在仿真软件中发

4、生信号可以用函数发生器仿真， 频率可以随意调整。60进制可能由10进制和6进制的计数器串联而成，频率振 荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由555定时来产生脉冲并分频为1Hz。 计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。扩展电路必须在主题电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。主体 思路如图1所示：图1电子数字钟系统组成框图3原理图的设计3.1总原理图129125U36A379486、120：29R252R00|5%|100|10C?871277911380U2 3451BP5V5V0123 L BL S A AAA VU34AU17AU13AU15A7

5、310674LS04N04 53D ABD YYYY YYY574LS00J28 4511BP 5V%52 74LS00NU21 4511BP% 5%BUZZER?200 Hz%818U22R43 R39111M0.?|00|11074LS00Nr38 R4%00验%00|0054VCC5V74LS08DR47/CC4MLS161N/cVCCU31A5VABC QQQJ1651A B CD Q Q QC丄-5VU14 74LS1VCCU43RST OUTDIS61N137R48THRTRICON138C4=PuFi0?%R2C2MuF0139C3100nFVCCGND5VVCC174LS04D

6、U30A74LS04D140LM555CMVDDR49VCC4RST OUTDISC1LM555CM2100nFU1r10M?5%1413.2工作原理142Key = AR50A BCD Q QQQOCRA B CDU174482 _S161NIT5V/CCVDD5VVDDR45U35A74LS08DU9U522RR72324121v5dU32A5VVTdDVU33A5 557U10AU2AJ 1 2 3 AA A A0 12 3 A A AA0 12 3 A A A A二74LS08DU8 4511BFU3 4511BP 5、D AB片V1|0000|00|5%5%5%U206970126R

7、18R1R14D YYYY YYY V1(100|5% 5%VDD6364U19451174LS00A BCD O Q QQQ CA BC DU29A74LS04D45OR KVCU6AB C D O QQ Q Q C74LS161NLQC5VU39A1|13210川%Key =133%1477D.7400N122U44A7400NU45A1447400N图2电子数字钟总原理图AB C DU25A13674LS04DU41A-_1347408N U38AU42A7408N孚432NU46A7408N15U48A7408NVDD3汁5/74LS00U2(d21AROL74ITT1 22CI VC

8、C5VU7A40丄U4ANLS161NVCCVCCU1174LS516A B CD Q Q QQ74LS0015V74LS04D3.2.1直流稳压电源串联型直流稳压电源的设计，该系统是由整流、滤波和稳压三部分组成，桥 式整流电路加上电容滤波后，使输出的波形更平滑，稳压部分，一般有四个环节: 调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。当电网电压或负载变动引起输出 电压Uo变化时，取样电路将输出电压Uo的一部分馈送给比较放大器与基准电压7进行比较，产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管的集一射极间电压，补偿 Uo的变化，从而维持输出电压不变。220 Vr p50Hz 1 1

9、 1MU；W I 1 JLMJ17HXMM1(Ti D110 )184B42V aVA-aKev=7rI L -i i WJF 丨- P I- i i |H j i i | 1 I I I_.Hb.；WuF Z2uF 2k；/ :1 S * B 1 1i i 5% i n n a C44 G5 iUuF : !uF：:J3:. I i !p|l I iT A. .班01R3:Ri(2G8：RL .L . fe 1 I p Firn*占*U13A-CZIT4L 斡EDuvi进）i怕;VDD4* LIDCU1OArotNUBA22441flBPJV丄辱 Mui timet er-X.326闹时电路

10、在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”；或对某装置的电源进行 接通或断开“控制”。不管时闹时还是控制，都要求时间准确，即信号的开始时 刻与持续时间必须满足规定的要求。例如：要求上午7时59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。7分59分对 应数字钟的时个位计数器的状态为（ QQQQ）hi=0111，分十位计数器的状态为（QQQQ） m=0101,分个位计数器的状态为（QQQQ） m=1001。若将上述计数器 输出为“ T的所有输出端经过与门电路去控制音响电路，可以使音响电路正好 在7点59分响，持续1分钟后（8点）停响。所以闹时控制信号z的表达式为Z=（QQQ）hi*（Q2Q）m2*（Q3Q

11、）mi*M,其中M为上午的信号输出，要求 M=1用与非门实现可将Z进行变换，即Z=(Q2QQ)HIM(Q2Qo)M2 (Q3Qo)M1 其逻辑电路如图，74LS20为4输入二与非门，74LS03为集成电路开路(OC门) 的2输入四与非门，因OC、1的输出端可以进行“线与”，使用时在它们的输出端 与电源+5V端之间应接一电阻 R=3.3 Q。由图可知在上午7点59分时，音响电 路的晶体管导通，则扬声器发出1KHz的声音。持续1分钟到8点整，晶体管因 输入端为0而截止，电路停闹。2jJ 匕整点报时的功能要求时，每当数字钟计时快到整点时发出声响。+Set.r Waoimvtri000；.F E4J

12、HO37VOD空 Muitimeter-X.74LSOON10Sl 553.545 mVU234519 整点报时蜂鸣器仿真图图+朴ANdo YD U15A了4LSOO卜腎 Multimeter-K.A |G | dE |图10非整点报时蜂鸣器仿真图741 QgO74LS08DU21I4ffiHBP_E,YDDU19 4511BP4仿真调试Multisim8是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库。有超强板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能

13、力。Multisim8软件进行设计仿真分析的基本步骤为：设计创建仿真电路、原理图电路图、选项的设置、使 用仿真仪器、设定仿真分析方法，启动Multisim8仿真。仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板。准备观察被测试波形。按下 程序窗口右上角的启动/停止开关状态为 1,仿真分析开始。若再次按下，启动 /停止升关状态为0,仿真分析停止。电路启动后，需要调整示波器的时基和通 道控制，使波形显示正常。在Multisim软件中，根据数字钟的总电路图，设置函数发生器的频率为1Hz， 把A开关和B开关都接到与非门的那端，再运行就可以让数字钟自行计数了。 如果运行的太慢可以适当调节函数发生器的频率。如果把

14、A开关接到函数发生器上，就是对小时进行校正，如果把B开关接到函数发生器上那就是对分进行校正。小时的计数是从01到12,不是从00到11,但在校正小时位时初始状态 仍为00。振荡器的仿真可以直接运行，然后用示波器观察现象便可。直流稳压电源的仿真中可以看到用万用表测量出关键点的电压5.123V。用示波器A通道和B通道分别显示整流滤波后电压 UI的波形和稳压输出电压 UO的波形，从示波器 显示窗口可以看出：上面一条锯齿波曲线为 UI 波形，下面一条线为 UO 波形。 如果以上设计的电路通过模拟仿真分析， 不符合设计要求， 可通过逐渐改变元器 件参数，或更改元器件型号，使设计符合要求，最终确定出元器件

15、参数。并可对 更改的电路立即进行仿真分析，观察虚拟结果是否满足设计要求。5 电路功能与特性总结：本设计的电子数字钟能经振荡分频器、 计数器、译码和显示电路将时间 “时” “分”“秒”用数字的方式显示出来，并且需要校正电路使其准确工作，还有定 时和报时功能。控制较简单，没有遥控、防电台报时等复杂电路。调试时有的器件在理论上可行， 但在实际运行中就无法看到效果， 所以得换 不少器件，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。 Multisim 软件有时会出问题， 在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来， 这就需要耐 心、仔细地分析和解决问题，不断地尝试才能得出正确的答案。6 参考文献1

16、 康华光 . 电子技术基础 （数字部分 ）M. 第四版 .北京:高等教育出版 ,1999.249-2592 谢自美 . 电子线路设计 . 实验 . 测试 . 第三版 M 武昌俞家山：华中科技大学出版社， 2006.235-2383 臧春华.电子线路设计与应用M北京.高等教育出版社，2004.175-1784 梁德厚 . 数字电子技术及应用 M 北京. 机械工业出版社 ,2005.178-182 郭锁利基于Multisim 9的电子系统设计、仿真与综合应用M北京.人民邮电出版社，2008.235-2476 陈大钦 . 电子技术基础实验 . 第二版 .M. 北京. 高等教育出版社 ，2000.28

17、8-2907 康华光.电子技术基础 （模拟部分 ）M. 第四版.北京:高等教育出版 ，1999.452-4557 英文翻译Topic The design and simulation of digital clockDesignersSupervising teacherAbstract digital clock ，oscillator， counter， decoding and display circuit accurately time “ when” “the minute ” “thwe isthectohneddig”ital way demonstrated that and needs the compensating circuit to cause its accurate work, but may also have fixed time and reports time the function. The research digital clock and expands its